Характеристики генераторов, работающих на автономную сеть

Генераторы большой мощности редко работают на автономную сеть или автономную нагрузку, но эти режимы важны для понимания процессов при включении генераторов в электрические сети, объединяющие несколько генераторов. В случае автономной работы генератор характеризуется рядом характеристик, которые можно представить в графическом виде. Одна из этих характеристик, характеристика холостого хода (XXX), была рассмотрена выше (рис.5.5).

Следующее важное семейство характеристик генераторов — это зависимости токов обмотки статора I_к от токов обмотки возбуждения при коротком замыкании зажимов обмотки статора, т.е. характеристики короткого замыкания рис. 5.9 .

Рис. 5.9 .Характеристики короткого замыкания при разных видах КЗ

В отличие от XXX, эти характеристики строго линейны, так как магнитное поле генератора в этом режиме определяется магнитодвижущими силами двух обмоток, статора и ротора, действующими при КЗ навстречу друг другу. Это приводит к уменьшению результирующего магнитного потока, исчезновению насыщения магнитопроводов и линейности характеристик КЗ. Особенностью характеристик КЗ является неодинаковость токов обмотки статора при различных видах КЗ. Наиболее тяжелым по сравнению с двух- (I_к2) и трехфазным (I_к3) замыканием фаз, т.е. при полном коротком замыкании, является КЗ одной фазы (I_к1).

Присоединение генератора к нагрузкам с разным соотношением активных и реактивных (индуктивности и емкости) сопротивлений изменяет зависимость напряжения U₁ обмотки статора от тока нагрузки I₁ (рис. 5.10). Эти характеристики называются внешними.

Рис. 5.10 . Внешние характеристики при разных углах нагрузки

Наибольшее падение напряжения на зажимах обмотки статора будет при нагрузке, которая по своему характеру совпадает с внутренними сопротивлениями обмоток генератора, а именно, индуктивной (cosj = 0 — индуктивный). При емкостном характере нагрузки (cos(-j) = 0 — емкостной) напряжение будет даже возрастать, что нежелательно, так как может привести к неустойчивому режиму. При активном характере нагрузки (cosj = 1) напряжение обмотки статора уменьшается, но в меньшей степени, чем при cosj = 0.

Для поддержания постоянного по величине напряжения обмотки статора при нагрузках разного характера необходимо изменять ток возбуждения по различным законам. Эти характеристики называются регулировочными (рис. 5.11).

Рис. 5.11 .Регулировочные характеристики при разных углах нагрузки

Сравнивая внешние и регулировочные характеристики (рис. 5.10 и 5.11), можно легко установить их взаимную зависимость. Чем больше снижается напряжение на выводах генератора U₁ при увеличении тока нагрузки I₁ , тем больше надо увеличивать ток возбуждения I_f для его поддержания и наоборот.